Первый из первых. Проект перехватчика Lockheed L-133. США
Данный материал выкладывается на сайт из жж коллеги youroker-а.
Успешные полёты Heinkel He 178 в 1939 году и Gloster E.28/39 в 1941 году показали всем странам новый путь в развитии авиации и открыли эру реактивного самолёта. Множество конструкторских бюро в разных странах, занимавшихся реактивными двигателями и самолётами на реактивной тяге, получили от своих государств дополнительное финансирование и вступили в реактивную гонку. Разгоревшаяся Вторая Мировая война лишь добавляла необходимости ускорить появление реактивных первенцев на вооружении. Конечно, не остались в стороне и конструкторы США. Ещё в середине 30-ых годов Воздушный корпус Армии США выделил средства на разработку плана постройки первого реактивного самолёта и его применения. Проведённые Bell предварительные исследования показали, что до начала 40-ых годов создать реактивный самолёт, превосходящий поршневой, невозможно, потому от дальнейшего финансирования работ по реактивной авиации временно отказались.
Тем не менее, инициативная работа над реактивными самолётами продолжалась. В 1939 году тогда ещё молодой конструктор Кларенс «Келли» Джонсон успешно закончил свой дебютный проект – 27 января 1939 года совершил свой первый полёт тяжёлый истребитель и перехватчик Lockheed Model 22 – будущий P-38 Lightning. Но останавливаться на успехе Джонсон не собирался, он прекрасно понимал, что бомбардировочная авиация не стоит на месте и необходим по-настоящему революционный самолёт-перехватчик. Весной 1939 года группа Джонсона приступила к работе над проектом L-133 – перспективным истребителем-перехватчиком. К новой машине Джонсон выдвинул следующие требования: скорость до 960 километров в час, позволяющая успешно перехватывать любые современные и перспективные бомбардировщики за минимальное время, боевая высота в 12 километров. Поскольку применять L-133 планировалось исключительно в качестве перехватчика, можно было ослабить манёвренность самолёта в пользу скорости и отказаться от возможности взлёта с коротких грунтовых аэродромов. Вооружение должны были составить четыре 20-мм пушки. Достигнуть таких характеристик можно было лишь на реактивной тяге.
Lockheed L-133 дизайн А
Работа над L-133 шла медленно, сказывалась малая изученность теории конструирования реактивных самолётов, конструкторам приходилось многое проектировать впервые. Не были готовы и многие узлы – так, у Lockheed просто отсутствовал проект реактивного двигателя нужной мощности. Потому в ранних вариантах L-133 инженеры прорабатывали общие принципы компоновки высокоскоростного реактивного самолёта. После первых исследований в аэродинамической трубе было принято решение отказаться от установки двигателей спереди фюзеляжа или в гондолах на крыле, поскольку в таких вариантах выхлоп двигателя мог воздействовать на элементы конструкции, повреждая их и ухудшая аэродинамику. В 1940 году было подготовлено три возможных дизайна самолёта. Дизайн А был попыткой максимально использовать наработки по поршневым самолётам в L-133. Пилот размещался спереди, в кабине с большой площадью остекления. Воздухозаборники находились сбоку от кокпита, двигатели размещали по центру, присутствовало горизонтальное хвостовое оперение, хоть его и пришлось разместить выше, чтобы убрать из-под выхлопа двигателей. Но проблемы с установкой вооружения и аэродинамикой требовали нового подхода.
Lockheed L-133 дизайн В
Дизайн В радикально отличался от самолётов обычной компоновки. Двигатели разместились сзади. Для решения возникшей проблемы со смещением центра тяжести пришлось перейти к компоновке «утка» – крыло сместилось максимально назад, а горизонтальное оперение, наоборот, переехало вперёд. Воздухозаборники расположили прямо за кабиной пилота. Для улучшения обзора из самолёта было решено максимально уменьшить носовую часть и установить пушки не в носу, а в переднем горизонтальном оперении. В целом дизайн В был признан удовлетворительным, хотя размещение воздухозаборников было крайне неудачным – переднее оперение уменьшало поток всасываемого воздуха, а условия в кабине пилота можно было бы назвать невыносимыми.
Lockheed L-133 дизайн С
Дизайн С во многом повторял решения дизайна В – основным отличием было размещение воздухозаборника в носу. Там же размещались и четыре пушки. После испытаний в воздушной трубе именно дизайн С показал себя наилучшим образом, и в итоге именно он был выбран основным. Хотя к нему также высказывались претензии: обзор из кабины пилота был маловат в сравнении с другими вариантами. Были и сложности с размещением топливных баков, поскольку немалую часть самолёта занимал воздуховод. Потому было решено продолжить работы и над дизайном В, как запасным. Но к 1940 году должного проекта двигателя так и не появилось, и Келли Джонсон принял решение временно заморозить работу над реактивным вариантом L-133.
Lockheed L-133-5
Поскольку не было ясно, как долго придётся ждать реактивного двигателя, Джонсон решил не рисковать и параллельно со своей командой начал работу над проектом поршневого перехватчика с возможностью максимально простой адаптации под реактивный двигатель. Проект, получивший название Lockheed L-133-5, сильно напоминал будущий Curtiss-Wright XP-55 Ascender, создание которого начнётся только через год. Необходимость обеспечить возможность переделки L-133-5 в перспективе под реактивный двигатель потребовала установить мотор с толкающим винтом. Сохранилась схема «утка» из-за смещения центра тяжести, кроме того для достижения лучших скоростей было применено стреловидное крыло. Интересно, что сам Джонсон считал, что время стреловидных крыльев ещё не пришло и они требуют дополнительного изучения, но понимая необходимость обеспечить перехватчику большую скорость, он согласился на такое решение. Ожидалось, что L-133-5 покажет скорость в 650 километров в час на высоте в 8 километров. Подобные характеристики не соответствовали требованиям Джонсона, но это была «синица в руке». Летом 1941 года Джонсон решил представить проект L-133-5 военным, надеясь, что к 1941 году будет построен первый прототип, к 1942 году самолёт пойдёт в серию, а там и подоспеет двигатель, под который можно будет переделать перехватчик. Но тут Джонсону и команде наконец-то повезло.
Двигатель Lockheed L-1000
Инженер Натан Прайс (Nathan C. Price) ещё в 1933 году пытался создать паровую турбину для самолёта. Идея оказалась неудачной, и с 1938 года Прайс начал работать над проектом реактивного двигателя. В 1941 году он устроился в Lockheed, где приступил к работе над нагнетателем для двигателя перехватчика XP-49. Но его проект реактивного мотора быстро привлёк к себе внимание, и уже летом 1941 года Прайс возглавил небольшую команду, занимающуюся исключительно реактивными двигателями. Созданный ими проект двигателя L-1000 устраивал Келли Джонсона как по весовым характеристикам (775 килограмм), так и по тяге (2300 кгс), подходили и сроки создания – середина 1942 года. L-133-5 был отправлен в архив, а команда Джонсона начала адаптировать под L-1000 вариант С (получивший наименование L-133-2) и вариант В (L-133-3). Если L-133-2 почти не подвергся изменениям, то L-133-3 был серьёзно доработан.
Lockheed L-133-3
Для улучшения развесовки самолёта кабина пилота была смещена вперёд за горизонтальное оперение, что дополнительно улучшило и обзор. Орудия разместили в носу самолёта, а воздухозаборник переместился под фюзеляж. Было решено отказаться от использования второго двигателя, поскольку L-1000 обеспечивал должные ЛТХ и в одиночку. С проекта L-133-5 было позаимствовано размещение вертикального оперения на концах крыла. В итоге L-133-3 хоть и уступал своему собрату в скорости, но серьёзно превосходил его по манёвренности и имел меньшую цену. Кроме того, на его базе предлагалось построить вариант с поршневым двигателем и толкающим винтом для испытаний аэродинамических решений и использования в качестве учебной машины.
Lockheed L-133-3, поршневой вариант
Осенью-зимой 1941 года предстояло выбрать основной вариант. Расчёты и первоначальная продувка модели L-133-2 показали, что с двумя двигателями L-1000 эта машина будет способна развить скорость выше скорости звука. Это сразу перевело L-133-3 на второй план, кроме того критиковалось решение разместить воздухозаборник снизу, что повышало шанс попадания мусора в двигатель на взлёте или посадке. Да и необходимость уменьшить вес самолёта привела к тому, что L-133-3 имел меньший радиус полёта: 500 километров против 560 у L-133-2. Потому L-133-2 снова был признан наиболее подходящим и в дальнейшем работы велись по нему.
Lockheed L-133-2, финальный вариант
В итоге Lockheed L-133-2 представлял собой цельнометаллический среднеплан, выполненный по схеме «утка». Крыло имеет большую площадь для создания большей подъёмной силы. Для управления на больших скоростях используется цельноповоротное переднее горизонтальное оперение и рули направления на киле в хвосте самолёта. Фюзеляж выполнен в виде эллипса, сплющенного в вертикальной плоскости, и также обеспечивает небольшую дополнительную подъёмную силу. Двигатели расположены сзади, воздухозаборник в носу. Вооружение расположено внутри воздухозаборника, отвод пороховых газов не предусмотрен. Кабина пилота расположена по центру самолёта, за кабиной развитый гаргрот, в котором размещены дополнительные баки. Расчётная скорость самолёта в горизонтальном полёте на высоте 6 километров – 1000 километров в час. Скорость набора высоты 29 метров в секунду, радиус полёта 560 километров, максимальная высота 14 километров. Максимальный взлётный вес 9 тонн.
Внутреннее устройство Lockheed L-133-2
Весной 1942 года проект был представлен военным и не вызвал у них никакого интереса. L-133-2 был бы прекрасным перехватчиком, но к 1942 году стало ясно, что ни у одного противника США в войне нет флота дальних бомбардировщиков, тем более скоростных. А как обычный истребитель L-133-2 из-за ужасной маневренности был очень плох. Не мог он выполнять роль самолёта сопровождения из-за небольшой дальности, не мог нести бомбовое вооружение. А вот цену L-133-2 имел не малую – вся программа предварительно оценивалась в 400 миллионов долларов. Тратить такие деньги на ненужный им самолёт военные не хотели.
Компоновка Lockheed L-133-2
Но Джонсон и команда решили не сдаваться, сохраняя надежду, что L-133 будет востребован позже, и они в инициативном порядке продолжили проектные работы и испытания. Из архивов вновь был извлечён L-133-5, и в конце 1942 года была построена его уменьшенная на четверть копия L-133-5-1 для проведения испытаний схемы «утка» и стреловидного крыла. К сожалению, фотографий этого самолёта не сохранилось. Но в ходе работы выяснялось, что конструкция L-133 несёт в себе множество недостатков – новые расчёты показали, что воздухозаборник не способен обеспечить должный приток воздуха в двигатели. Стало ясно и то, что реактивному двигателю очень вредно попадание пороховых газов в камеру сгорания, а значит надо пересмотреть размещение вооружения. Продувка модели в сверхзвуковой трубе также не вызвала оптимизма – даже на скоростях в 850 километров в час самолёт был крайне нестабилен. В итоге в феврале 1943 года Джонсон принял решение об прекращении дальнейших работ над L-133.
Модель Lockheed L-133-2
Но опыт создания L-133 не пропал даром. Когда летом 1943 года военные обратились в Lockheed с заданием спроектировать фронтовой реактивный истребитель, то используя обширные наработки по L-133, проект будущего F-80 Shooting Star был подготовлен всего за 4 с половиной месяца. Кроме того, некоторые решения L-133 использовались при разработке перехватчика XF-90.
Источники:
- Aerospace project review Volume 1, Number 4.
- Jet Aircraft Engines. Bill Gunston.
- Lockheed Horizons 8.
- www.codeonemagazine.com
